[发明专利]一种基于施蒂费尔流形的干扰对齐预编码方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信的多天线传输技术领域，具体涉及基于施蒂费尔流形的干扰对齐预编码的方法。

背景技术

干扰对齐是最近兴起的一种多天线传输技术，能够大幅度提高无线通信系统的容量，因而得到了广泛的重视和应用。据《国际电子与电气工程师协会信息论汇刊》（IEEE Transactions on Information Theory，Vol.54,No.8,2008,Page(s):3425-3441）介绍，干扰对齐技术的核心在于将来自于不同数据流的干扰信号在一个方向上对齐，以减少干扰空间的维度，并且引入了自由度（Degree ofFreedom,DoF）的概念。目前利用预编码来实现干扰对齐作为一种切实可行的方法已得到了广泛的研究。据《国际电子与电气工程师协会2008年全球通信年会》（IEEE Global Communications Conference,Nov.30-Dec.4,2008,Page(s):1-6）介绍，干扰对齐的预编码方法可以利用信道的互易性，通过减少信号子空间内的干扰强度，在前向和反向通信链路反复迭代得到。但是由于该方法依赖于信道互易性，使其适用范围仅局限在时分双工通信系统而不能应用于频分双工通信系统；同时前向和反向通信链路的反复迭代，需要发射机和接收机同时参与并要求严格的同步和反馈，这样会消耗大量的通信系统资源；特别是由于该方法采用的是传统的优化方法，不可避免地存在收敛速度慢、复杂度高以及系统容量低等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提出一种发射机单边优化的基于施蒂费尔（Stiefel）流形的干扰对齐预编码方法，以克服传统方法依赖信道的互易性而带来前向和反向通信链路反复迭代的巨大系统开销的缺陷，达到收敛速度快、复杂度低且系统容量高、对于时分双工和频率双工通信系统都能适用的目的。

本发明基于施蒂费尔流形的干扰对齐预编码方法，先将多输入多输出通信系统中发射天线数为M、接收天线数为N的K个用户在干扰信道下的接收信号表示为：Y[k]=Σj=1KH[kj]V[j]S[j]+W[k],]]>式中，第一上标k的取值范围从1到K、第二上标j的取值范围也从1到K；H^[kj]为第j个发射机到第k个接收机的信道系数矩阵；S^[j]为需要发射的数据，V^[j]为相应的预编码矩阵，W^[k]为零均值单位方差的高斯白噪声；则第k个接收端的干扰协方差矩阵为：Q[k]=Σj=1j≠kKP[j]d[j]H[kj]V[j]V[j]*H[kj]*,]]>式中，P^[j]为发送功率，d^[j]为发送的数据流个数，上标符号*代表矩阵的共轭转置操作；对Q^[k]进行特征值分解，得到一系列的特征值其下标Q^[k]代表该特征值对应的干扰协方差矩阵，其上标i代表以升序排列特征值的序号；最小化信号空间内的干扰强度等价于最小化d^[k]个特征值从而建立从多维复数空间到正实数空间的映射关系，得到所需的目标函数约束条件为V^[j]*V^[j]＝I，I为单位向量；